Question

4．I．用O₂將HCl轉(zhuǎn)化為Cl₂，可提高效益，減少污染．傳統(tǒng)上該轉(zhuǎn)化通過(guò)如圖1所示的催化劑循環(huán)實(shí)現(xiàn)，
其中，反應(yīng)①為：2HCl（g）+CuO（s）?H₂O（g）+CuCl₂（g）△H₁
反應(yīng)②生成1molCl₂（g）的反應(yīng)熱為△H₂，
則總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂）（反應(yīng)熱用△H₁和△H₂表示）．
II．氧化鋅吸收法常用作脫去冶金工業(yè)排放煙氣中SO₂，其主要步驟如下：配制ZnO懸濁液（含少量MgO、CaO），在吸收塔中封閉循環(huán)脫硫，發(fā)生的主要反應(yīng)為ZnO（s）+SO₂（g）═ZnSO₃（s），試回答下列問(wèn)題：
（1）生成的ZnSO₃可熱分解處理，其目的是：①生成的高濃度SO₂可以用來(lái)制備硫酸；②ZnSO₃受熱分解生成ZnO可以循環(huán)利用；
（2）已知：純ZnO的懸浮液pH約為6.8．用氧化鋅吸收法脫去煙氣中SO₂的過(guò)程中，測(cè)得pH、吸收效率η隨時(shí)間t的變化如圖2所示．已知被吸收的SO₂為c（SO₂）_吸，溶液中SO₃^2-、HSO₃^-、H₂SO₃所占物質(zhì)的量之比與pH的關(guān)系如圖3所示．
①充分吸收煙氣后的混合體系硫元素的主要存在形式是HSO₃^-；
②結(jié)合圖2與圖3分析，cd段發(fā)生的主要反應(yīng)是ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂；
③分析圖2，ab段的pH迅速下降至6.8左右的原因是ZnO懸濁液含有的少量MgO、CaO，在水中溶解度較ZnO大，ab段MgO、CaO吸收SO₂；
④為提高SO₂的吸收效率η，可采取的措施為AB．
A．增大懸濁液中ZnO的量
B．適當(dāng)提高單位時(shí)間內(nèi)煙氣的循環(huán)次數(shù)
C．調(diào)節(jié)溶液的pH至6.0以下
（3）如用NaOH溶液吸收煙氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進(jìn)行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時(shí)得到H₂SO₄，其原理如圖4所示．（電極材料為石墨）b極的電極反應(yīng)式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

Answer 1

分析 I．（1）由圖示可知，整個(gè)過(guò)程為：4HCl+O₂=2Cl₂+2H₂O，反應(yīng)②生成1molCl₂（g）的反應(yīng)熱為△H₂，則反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：CuCl₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）+Cl₂（g）△H₂，根據(jù)蓋斯定律（①+②）×2可得總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
II．（1）ZnO懸濁液吸收SO₂，ZnSO₃受熱分解生成ZnO；
（2）①由圖2可知，充分吸收煙氣后溶液的pH大約為6，根據(jù)圖3判斷硫元素的主要存在形式；
②cd段發(fā)生的主要反應(yīng)是生成了HSO₃^-；
③MgO、CaO在水中溶解度較ZnO大，與SO₂反應(yīng)；
④增大另一種反應(yīng)物的量、多次循環(huán)吸收均可以提高SO₂的吸收效率η；
（3）SO₃^2-在陽(yáng)極失電子生成SO₄^2-．

解答 解：（1）由圖示可知，整個(gè)過(guò)程為：4HCl+O₂=2Cl₂+2H₂O，反應(yīng)①為：2HCl（g）+CuO（s）?H₂O（g）+CuCl₂（s）△H₁，
反應(yīng)②生成1molCl₂（g）的反應(yīng)熱為△H₂，則反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：CuCl₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CuO（s）+Cl₂（g）△H₂，
根據(jù)蓋斯定律（①+②）×2可得總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂），
故答案為：4HCl（g）+O₂（g）=2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=2（△H₁+△H₂）；
II．（1）ZnO懸濁液吸收SO₂，ZnSO₃受熱分解生成ZnO，則ZnSO₃受熱分解生成ZnO可以循環(huán)利用；
故答案為：ZnSO₃受熱分解生成ZnO可以循環(huán)利用；
（2）①由圖2可知，充分吸收煙氣后溶液的pH大約為6，由圖3判斷硫元素的主要存在形式為HSO₃^-；
故答案為：HSO₃^-；
②cd段發(fā)生的主要反應(yīng)是生成了HSO₃^-，則cd段發(fā)生的主要反應(yīng)是ZnSO₃與二氧化硫反應(yīng)生成Zn（HSO₃）₂，其反應(yīng)方程為ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂；
故答案為：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂；
③ab段ZnO懸濁液含有的少量MgO、CaO，MgO、CaO在水中溶解度較ZnO大，MgO、CaO與SO₂反應(yīng)，即ab段MgO、CaO吸收SO₂，所以ab段的pH迅速下降；
故答案為：ZnO懸濁液含有的少量MgO、CaO，在水中溶解度較ZnO大，ab段MgO、CaO吸收SO₂；
④增大另一種反應(yīng)物的量，可以提高SO₂的吸收效率η，所以增大懸濁液中ZnO的量，多次循環(huán)吸收均可以提高SO₂的吸收效率η；pH越小SO₂的吸收效率η越��；
故答案為：AB；
（3）圖中陰離子向b極移動(dòng)，則b為陽(yáng)極，所以b極上SO₃^2-在陽(yáng)極失電子生成SO₄^2-，其電極方程式為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
故答案為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡移動(dòng)、硫的化合物的性質(zhì)、電解原理的應(yīng)用等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，注意把握題目中圖象中包含的信息．